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Hyperplane separation theorem

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2551: 38: 5745: 7721: 7006: 5944:
In the first version of the theorem, evidently the separating hyperplane is never unique. In the second version, it may or may not be unique. Technically a separating axis is never unique because it can be translated; in the second version of the theorem, a separating axis can be unique up to
148:
in between them and even two parallel hyperplanes in between them separated by a gap. In another version, if both disjoint convex sets are open, then there is a hyperplane in between them, but not necessarily any gap. An axis which is orthogonal to a separating hyperplane is a
5735:
Note that the existence of a hyperplane that only "separates" two convex sets in the weak sense of both inequalities being non-strict obviously does not imply that the two sets are disjoint. Both sets could have points located on the hyperplane.
4393: 3354: 659: 4249: 5352: 2397: 396: 4852: 5043: 3228: 4667: 3939: 3887: 6237:
In 3D, using face normals alone will fail to separate some edge-on-edge non-colliding cases. Additional axes, consisting of the cross-products of pairs of edges, one taken from each object, are required.
3474: 3414: 4550: 4057: 1778: 1264:
The number of dimensions must be finite. In infinite-dimensional spaces there are examples of two closed, convex, disjoint sets which cannot be separated by a closed hyperplane (a hyperplane where a
5724: 5646: 2228: 5924: 6219:
Regardless of dimensionality, the separating axis is always a line. For example, in 3D, the space is separated by planes, but the separating axis is perpendicular to the separating plane.
3548: 2283: 517: 5841: 872: 839: 5422: 5979: 5577: 5244: 1359: 757: 288: 7042: 4433: 2729: 1998: 3138: 1146: 1036: 699: 6091: 6035: 4500: 3049: 1634: 6895: 4104: 3979: 3092: 3003: 2769: 1838: 4583: 4285: 2649: 2616: 1445: 1412: 2522: 2104: 2024: 1106: 1075: 996: 965: 4290: 2542: 3729: 3684: 3573: 2422: 2154: 2129: 1477: 3503: 1589: 1563: 1529: 1503: 1201: 926: 902: 5520: 5449: 4158: 4131: 3783: 3756: 3600: 2923: 2896: 2869: 2842: 2496: 2469: 2078: 2051: 1952: 1925: 1701: 1257: 1233: 1177: 5161: 4459: 3835: 728: 3233: 6558: 6175: 6155: 6131: 6111: 5548: 5493: 5473: 5390: 5284: 5264: 5215: 5195: 5126: 5106: 5086: 5066: 4975: 4955: 4935: 4915: 4895: 4875: 4784: 4764: 4744: 4724: 4704: 4603: 3803: 3704: 3659: 2963: 2943: 2689: 2669: 2583: 2442: 1898: 1878: 1858: 1798: 1674: 1654: 1379: 1330: 1310: 806: 785: 577: 557: 537: 479: 459: 439: 419: 328: 308: 259: 239: 3639: 2815: 585: 7169: 7144: 6721: 4163: 5292: 336: 4792: 4983: 3143: 7126: 6848: 6703: 7594: 7096: 7035: 6679: 7163: 6194:
and related results can be understood as hyperplane separation theorems when the convex bodies are defined by finitely many linear inequalities.
7339: 6466: 6418: 6352: 5929:(Although, by an instance of the second theorem, there is a hyperplane that separates their interiors.) Another type of counterexample has 7745: 7552: 7604: 7101: 7071: 6434: 6215:
Two closed convex objects are disjoint if there exists a line ("separating axis") onto which the two objects' projections are disjoint.
4608: 7724: 7028: 6571: 6234:
or other feature direction is used as a separating axis. Note that this yields possible separating axes, not separating lines/planes.
3892: 3840: 7512: 6660: 6551: 6504: 6485: 6327: 2288: 3419: 3359: 6930: 1275:. This version of the separation theorem does generalize to infinite-dimension; the generalization is more commonly known as the 4505: 6575: 3984: 1706: 5651: 5582: 7579: 7181: 6726: 5359: 176: 6782: 7630: 7009: 6731: 6716: 6544: 6746: 7755: 7139: 7134: 6991: 6751: 5847: 5784:
is a closed half plane and B is bounded by one arm of a hyperbola, then there is no strictly separating hyperplane:
7750: 7687: 7224: 7076: 6945: 6869: 6986: 3508: 2159: 7483: 7293: 6802: 169: 69: 6736: 484: 7256: 7251: 7244: 7239: 7111: 7051: 6838: 6639: 7154: 6711: 6260: 1276: 165: 105: 7517: 7498: 7174: 6935: 154: 7706: 7696: 7680: 7380: 7329: 7229: 7214: 6966: 6910: 6874: 582:
If both sets are closed, and at least one of them is compact, then the separation can be strict, that is,
183: 5790: 845: 812: 7675: 7375: 7362: 7344: 7309: 2233: 7149: 5395: 4676:
Since a separating hyperplane cannot intersect the interiors of open convex sets, we have a corollary:
5955: 5553: 5220: 1335: 1268:
linear functional equals some constant) even in the weak sense where the inequalities are not strict.
733: 264: 7691: 7635: 7614: 6949: 4398: 2694: 1957: 3097: 1111: 1001: 664: 7574: 7569: 7527: 7106: 6915: 6853: 6567: 6223: 6040: 5984: 5452: 4467: 3008: 1594: 136:. There are several rather similar versions. In one version of the theorem, if both these sets are 74: 2550: 7559: 7502: 7451: 7447: 7436: 7421: 7417: 7288: 7278: 6940: 6807: 6293: 6205:
In collision detection, the hyperplane separation theorem is usually used in the following form:
4388:{\displaystyle c_{A}:=\sup _{a\in A}\langle v,a\rangle ,c_{B}:=\inf _{b\in B}\langle v,b\rangle } 4069: 3944: 3057: 2968: 2734: 1803: 4555: 4257: 2621: 2588: 1417: 1384: 2501: 2083: 2003: 1081: 1050: 971: 940: 7271: 7197: 6920: 6500: 6481: 6462: 6414: 6348: 6323: 6317: 6289: 6255: 5164: 4060: 2527: 161: 87: 37: 6297: 1450: 7664: 7547: 7234: 7219: 7086: 6925: 6843: 6812: 6792: 6777: 6772: 6767: 6604: 6406: 6191: 5167:
are disjoint, then the proof of the first case still applies with no change, thus yielding:
3482: 1568: 1542: 1508: 1482: 1183: 908: 884: 6400: 5498: 5427: 4136: 4109: 3761: 3734: 3578: 3349:{\displaystyle L_{A}=\{x:\langle v,x\rangle =c_{A}\},L_{B}=\{x:\langle v,x\rangle =c_{B}\}} 2901: 2874: 2847: 2820: 2474: 2447: 2056: 2029: 1930: 1903: 1679: 1239: 1215: 1159: 7639: 7487: 6787: 6741: 6689: 6684: 6655: 6536: 6531: 6265: 6227: 5744: 133: 64: 6614: 5140: 4438: 3814: 1271:
Here, the compactness in the hypothesis cannot be relaxed; see an example in the section
707: 17: 6453: 3709: 3664: 3553: 2402: 2134: 2109: 654:{\displaystyle \langle x,v\rangle >c_{1}\,{\text{ and }}\langle y,v\rangle <c_{2}} 7670: 7619: 7334: 6976: 6828: 6629: 6379: 6231: 6160: 6140: 6116: 6096: 5533: 5478: 5458: 5375: 5269: 5249: 5200: 5180: 5111: 5091: 5071: 5051: 4960: 4940: 4920: 4900: 4880: 4860: 4769: 4749: 4729: 4709: 4689: 4588: 3788: 3689: 3644: 2948: 2928: 2674: 2654: 2568: 2427: 1883: 1863: 1843: 1783: 1659: 1639: 1364: 1315: 1295: 791: 770: 562: 542: 522: 464: 444: 424: 404: 313: 293: 244: 224: 5937:
open. For example, A can be a closed square and B can be an open square that touches
3605: 2774: 7739: 7654: 7564: 7507: 7467: 7395: 7370: 7314: 7266: 7202: 6981: 6905: 6634: 6619: 6609: 6285: 122: 7701: 7649: 7609: 7599: 7477: 7324: 7319: 7116: 7066: 7020: 6971: 6624: 6594: 4244:{\displaystyle \langle v_{k},A_{k}\rangle <c_{k}<\langle v_{k},B_{k}\rangle } 6299:
The Elements of Statistical Learning : Data Mining, Inference, and Prediction
5347:{\displaystyle \langle x,v\rangle \geq c\,{\text{ and }}\langle y,v\rangle \leq c} 391:{\displaystyle \langle x,v\rangle \geq c\,{\text{ and }}\langle y,v\rangle \leq c} 4847:{\displaystyle \langle x,v\rangle >c\,{\text{ and }}\langle y,v\rangle \leq c} 7659: 7644: 7537: 7431: 7426: 7411: 7390: 7354: 7261: 7081: 6900: 6890: 6797: 6599: 5038:{\displaystyle \langle x,v\rangle >c\,{\text{ and }}\langle y,v\rangle <c} 4254:
Since the unit sphere is compact, we can take a convergent subsequence, so that
3223:{\displaystyle c_{A}:=\langle v,a_{0}\rangle <c_{B}:=\langle v,b_{0}\rangle } 203: 199: 141: 5952:
provides a good counterexample to many hyperplane separations. For example, in
7472: 7385: 7349: 7209: 7091: 6833: 6673: 6669: 6665: 6410: 5949: 195: 145: 137: 125: 7624: 7441: 6250: 6241:
For increased efficiency, parallel axes may be calculated as a single axis.
6137:
open, then there does not necessarily exist a separation that is strict for
5772:
could be concentric circles. A more subtle counterexample is one in which
5764:
is not convex, then there are many possible counterexamples. For example,
7589: 7584: 7542: 7522: 7492: 7283: 6179: 114: 6316:
Witten, Ian H.; Frank, Eibe; Hall, Mark A.; Pal, Christopher J. (2016).
7532: 51: 6518:
Support and separation properties of convex sets in finite dimension
5246:
with disjoint relative interiors. Then there exist a nonzero vector
5743: 4662:{\displaystyle \langle v_{k},a\rangle >\langle v_{k},b\rangle } 2549: 6343:
Deisenroth, Marc Peter; Faisal, A. Aldo; Ong, Cheng Soon (2020).
3981:
is closed and compact, and the unions are the relative interiors
1900:. Since the distance function is continuous, there exist points 5579:, then extend the affine span to a supporting hyperplane. Else, 3934:{\displaystyle B_{1}\subseteq B_{2}\subseteq \cdots \subseteq B} 3882:{\displaystyle A_{1}\subseteq A_{2}\subseteq \cdots \subseteq A} 7024: 6540: 27:
On the existence of hyperplanes separating disjoint convex sets
2392:{\displaystyle \|a-b'\|\leq \|a'-b'\|+\|a-a'\|<r_{1}+r_{2}} 2080:
in fact have the minimum distance over all pairs of points in
6037:, but the only line separating them contains the entirety of 5780:
are both closed but neither one is compact. For example, if
6319:
Data Mining: Practical Machine Learning Tools and Techniques
3469:{\displaystyle \forall b\in B,\langle v,b\rangle \geq c_{B}} 3409:{\displaystyle \forall a\in A,\langle v,a\rangle \leq c_{A}} 6495:
Shimizu, Kiyotaka; Ishizuka, Yo; Bard, Jonathan F. (1997).
4937:. If both sets are open, then there exist a nonzero vector 4545:{\displaystyle \langle v,a\rangle >\langle v,b\rangle } 4052:{\displaystyle \mathrm {relint} (A),\mathrm {relint} (B)} 6497:
Nondifferentiable and two-level mathematical programming
6305:(Second ed.). New York: Springer. pp. 129–135. 1773:{\displaystyle S=B\cap {\overline {B_{r_{1}+r_{2}}(a)}}} 6478:
Modified Lagrangians and monotone maps in optimization
6322:(Fourth ed.). Morgan Kaufmann. pp. 253–254. 5719:{\displaystyle \mathrm {relint} (\{a_{0}\})=\{a_{0}\}} 5641:{\displaystyle \mathrm {relint} (A)=\mathrm {int} (A)} 6163: 6143: 6119: 6099: 6043: 5987: 5958: 5850: 5793: 5654: 5585: 5556: 5536: 5501: 5481: 5461: 5430: 5398: 5378: 5295: 5272: 5252: 5223: 5203: 5183: 5143: 5114: 5094: 5074: 5054: 4986: 4963: 4943: 4923: 4903: 4883: 4863: 4795: 4772: 4752: 4732: 4712: 4692: 4611: 4591: 4558: 4508: 4470: 4441: 4401: 4293: 4260: 4166: 4139: 4112: 4072: 3987: 3947: 3895: 3843: 3817: 3791: 3764: 3737: 3712: 3692: 3667: 3647: 3608: 3581: 3556: 3511: 3485: 3422: 3362: 3236: 3146: 3100: 3060: 3011: 2971: 2951: 2931: 2904: 2877: 2850: 2823: 2777: 2737: 2697: 2677: 2657: 2624: 2591: 2571: 2530: 2504: 2477: 2450: 2430: 2405: 2291: 2236: 2162: 2137: 2112: 2086: 2059: 2032: 2006: 1960: 1933: 1906: 1886: 1866: 1846: 1806: 1786: 1709: 1682: 1662: 1656:
is compact, it is contained in some ball centered on
1642: 1597: 1571: 1545: 1511: 1485: 1453: 1420: 1387: 1367: 1338: 1318: 1298: 1242: 1218: 1186: 1162: 1114: 1084: 1053: 1004: 974: 943: 911: 887: 848: 815: 794: 773: 736: 710: 667: 588: 565: 545: 525: 487: 467: 447: 427: 407: 339: 316: 296: 267: 247: 227: 6384:
Analyse fonctionnelle : thĂ©orie et applications
6222:
The separating axis theorem can be applied for fast
2106:. Suppose for contradiction that there exist points 7460: 7404: 7302: 7190: 7125: 7059: 6959: 6883: 6862: 6821: 6760: 6702: 6648: 6583: 5981:, the unit disk is disjoint from the open interval 2562:We first prove the second case. (See the diagram.) 1272: 101: 93: 83: 57: 47: 6896:Spectral theory of ordinary differential equations 6499:. Boston: Kluwer Academic Publishers. p. 19. 6169: 6149: 6125: 6105: 6085: 6029: 5973: 5918: 5835: 5718: 5640: 5571: 5542: 5514: 5487: 5467: 5443: 5416: 5384: 5346: 5278: 5258: 5238: 5209: 5189: 5155: 5120: 5100: 5080: 5060: 5037: 4969: 4949: 4929: 4909: 4889: 4869: 4846: 4778: 4758: 4738: 4718: 4698: 4661: 4597: 4577: 4544: 4494: 4453: 4427: 4387: 4279: 4243: 4152: 4125: 4098: 4051: 3973: 3933: 3881: 3829: 3797: 3777: 3750: 3723: 3698: 3678: 3653: 3633: 3594: 3567: 3542: 3497: 3468: 3408: 3348: 3222: 3132: 3086: 3043: 2997: 2957: 2937: 2917: 2890: 2863: 2836: 2809: 2763: 2723: 2683: 2663: 2643: 2610: 2577: 2536: 2516: 2490: 2463: 2436: 2416: 2391: 2277: 2222: 2148: 2123: 2098: 2072: 2045: 2018: 1992: 1946: 1919: 1892: 1872: 1852: 1832: 1792: 1772: 1695: 1668: 1648: 1628: 1583: 1557: 1523: 1497: 1471: 1439: 1406: 1373: 1353: 1324: 1304: 1251: 1227: 1195: 1171: 1140: 1100: 1069: 1030: 990: 959: 920: 896: 866: 833: 800: 779: 751: 722: 693: 653: 571: 551: 531: 511: 473: 453: 433: 413: 390: 322: 302: 282: 253: 233: 42:Illustration of the hyperplane separation theorem. 6402:Convexity and Optimization in Finite Dimensions I 157:of the convex bodies onto the axis are disjoint. 6367: 6347:. Cambridge University Press. pp. 337–338. 4355: 4308: 730:to be disjoint, nonempty, and convex subsets of 6452:Boyd, Stephen P.; Vandenberghe, Lieven (2004). 5919:{\displaystyle B=\{(x,y):x>0,y\geq 1/x\}.\ } 5475:, then there exists a supporting hyperplane of 7036: 6552: 3785:, contradiction. Similar argument applies to 2585:is compact. By the lemma, there exist points 759:. The summary of the results are as follows: 8: 5907: 5857: 5830: 5800: 5713: 5700: 5691: 5678: 5335: 5323: 5308: 5296: 5026: 5014: 4999: 4987: 4835: 4823: 4808: 4796: 4656: 4637: 4631: 4612: 4539: 4527: 4521: 4509: 4382: 4370: 4335: 4323: 4238: 4212: 4193: 4167: 3543:{\displaystyle \langle v,a\rangle >c_{A}} 3524: 3512: 3450: 3438: 3390: 3378: 3343: 3327: 3315: 3306: 3287: 3271: 3259: 3250: 3217: 3198: 3179: 3160: 3005:, and thus the perpendicular hyperplanes to 2360: 2343: 2337: 2315: 2309: 2292: 2259: 2237: 2223:{\displaystyle \|a'-b'\|<\|a_{0}-b_{0}\|} 2217: 2191: 2185: 2163: 1987: 1961: 1880:is compact and nonempty because it contains 1623: 1611: 1466: 1454: 861: 849: 828: 816: 635: 623: 601: 589: 500: 488: 379: 367: 352: 340: 160:The hyperplane separation theorem is due to 30: 6209: 5366: 5171: 4746:is open, then there exist a nonzero vector 4680: 2000:is the minimum over all pairs of points in 1286: 1282:The proof is based on the following lemma: 261:be two disjoint nonempty convex subsets of 215: 7043: 7029: 7021: 6587: 6559: 6545: 6537: 6476:Golshtein, E. G.; Tretyakov, N.V. (1996). 6399:Stoer, Josef; Witzgall, Christoph (1970). 3051:satisfy the requirement of the theorem. 512:{\displaystyle \langle \cdot ,v\rangle =c} 36: 29: 6520:. Extracta Math. Vol. 36, no. 2, 241-278. 6405:. Springer Berlin, Heidelberg. (2.12.9). 6162: 6142: 6118: 6098: 6042: 5986: 5965: 5961: 5960: 5957: 5899: 5849: 5792: 5707: 5685: 5655: 5653: 5618: 5586: 5584: 5563: 5559: 5558: 5555: 5535: 5506: 5500: 5480: 5460: 5435: 5429: 5405: 5401: 5400: 5397: 5377: 5318: 5317: 5294: 5271: 5251: 5230: 5226: 5225: 5222: 5202: 5182: 5142: 5113: 5093: 5073: 5053: 5009: 5008: 4985: 4962: 4942: 4922: 4902: 4882: 4862: 4818: 4817: 4794: 4771: 4751: 4731: 4726:be two disjoint nonempty convex sets. If 4711: 4691: 4644: 4619: 4610: 4590: 4563: 4557: 4507: 4469: 4440: 4419: 4406: 4400: 4358: 4345: 4311: 4298: 4292: 4265: 4259: 4232: 4219: 4203: 4187: 4174: 4165: 4144: 4138: 4117: 4111: 4090: 4077: 4071: 4020: 3988: 3986: 3965: 3952: 3946: 3913: 3900: 3894: 3861: 3848: 3842: 3816: 3790: 3769: 3763: 3742: 3736: 3711: 3691: 3666: 3646: 3616: 3607: 3586: 3580: 3555: 3534: 3510: 3484: 3460: 3421: 3400: 3361: 3337: 3297: 3281: 3241: 3235: 3211: 3189: 3173: 3151: 3145: 3124: 3111: 3099: 3078: 3065: 3059: 3032: 3019: 3010: 2989: 2976: 2970: 2950: 2930: 2909: 2903: 2882: 2876: 2855: 2849: 2828: 2822: 2798: 2785: 2776: 2755: 2742: 2736: 2715: 2702: 2696: 2676: 2656: 2651:of minimum distance to each other. Since 2629: 2623: 2596: 2590: 2570: 2529: 2503: 2482: 2476: 2455: 2449: 2429: 2404: 2383: 2370: 2290: 2269: 2235: 2211: 2198: 2161: 2136: 2111: 2085: 2064: 2058: 2037: 2031: 2005: 1981: 1968: 1959: 1938: 1932: 1911: 1905: 1885: 1865: 1845: 1824: 1811: 1805: 1785: 1747: 1734: 1729: 1722: 1708: 1687: 1681: 1661: 1641: 1602: 1596: 1570: 1544: 1510: 1484: 1452: 1425: 1419: 1392: 1386: 1366: 1345: 1341: 1340: 1337: 1317: 1297: 1241: 1217: 1185: 1161: 1132: 1119: 1113: 1092: 1083: 1061: 1052: 1022: 1009: 1003: 982: 973: 951: 942: 910: 886: 847: 814: 793: 772: 743: 739: 738: 735: 709: 685: 672: 666: 645: 618: 617: 611: 587: 564: 544: 524: 486: 466: 446: 426: 406: 362: 361: 338: 315: 295: 274: 270: 269: 266: 246: 226: 6849:Group algebra of a locally compact group 761: 6277: 5163:have possible intersections, but their 7182:Uniform boundedness (Banach–Steinhaus) 4066:Now by the second case, for each pair 7: 6394: 6392: 1381:is compact. Then there exist points 290:. Then there exist a nonzero vector 5836:{\displaystyle A=\{(x,y):x\leq 0\}} 5752:if one of the bodies is not convex. 4464:Assume not, then there exists some 867:{\displaystyle \langle y,v\rangle } 834:{\displaystyle \langle x,v\rangle } 5671: 5668: 5665: 5662: 5659: 5656: 5625: 5622: 5619: 5602: 5599: 5596: 5593: 5590: 5587: 5217:be two nonempty convex subsets of 4036: 4033: 4030: 4027: 4024: 4021: 4004: 4001: 3998: 3995: 3992: 3989: 3575:be the foot of perpendicular from 3423: 3363: 2444:, which contradicts the fact that 2285:, and by the triangle inequality, 2278:{\displaystyle \|a'-b'\|<r_{1}} 1332:be two disjoint closed subsets of 25: 5417:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n},} 2731:. Now, construct two hyperplanes 1676:; let the radius of this ball be 7720: 7719: 7005: 7004: 6931:Topological quantum field theory 6532:Collision detection and response 6345:Mathematics for Machine Learning 5974:{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}} 5572:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 5239:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 5133:Case with possible intersections 1354:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 752:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 283:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 7707:With the approximation property 6183:then such a separation exists. 4428:{\displaystyle c_{A}\leq c_{B}} 3054:Algebraically, the hyperplanes 2724:{\displaystyle a_{0}\neq b_{0}} 1993:{\displaystyle \|a_{0}-b_{0}\|} 1591:be any pair of points, and let 188:optimally separating hyperplane 7170:Open mapping (Banach–Schauder) 6480:. New York: Wiley. p. 6. 6461:. Cambridge University Press. 6080: 6077: 6065: 6059: 6047: 6044: 6024: 6021: 6009: 6003: 5991: 5988: 5872: 5860: 5815: 5803: 5740:Counterexamples and uniqueness 5726:, so apply the above theorem. 5694: 5675: 5635: 5629: 5612: 5606: 4569: 4271: 4106:there exists some unit vector 4046: 4040: 4014: 4008: 3628: 3609: 3133:{\displaystyle v:=b_{0}-a_{0}} 3038: 3012: 2804: 2778: 2771:perpendicular to line segment 1761: 1755: 1277:Hahn–Banach separation theorem 1273:Counterexamples and uniqueness 1141:{\displaystyle c_{2}<c_{1}} 1031:{\displaystyle c_{2}<c_{1}} 694:{\displaystyle c_{1}>c_{2}} 166:Hahn–Banach separation theorem 106:Hahn–Banach separation theorem 1: 6727:Uniform boundedness principle 6226:between polygon meshes. Each 6086:{\displaystyle ((1,0),(1,1))} 6030:{\displaystyle ((1,0),(1,1))} 5367:Supporting hyperplane theorem 5360:supporting hyperplane theorem 4495:{\displaystyle a\in A,b\in B} 3044:{\displaystyle (a_{0},b_{0})} 1800:with a closed ball of radius 1629:{\displaystyle r_{1}=\|b-a\|} 539:the normal vector, separates 216:Hyperplane separation theorem 177:supporting hyperplane theorem 119:hyperplane separation theorem 31:Hyperplane separation theorem 6368:Boyd & Vandenberghe 2004 1765: 140:and at least one of them is 7746:Theorems in convex geometry 7391:Radially convex/Star-shaped 7376:Pre-compact/Totally bounded 6197:More results may be found. 5358:in particular, we have the 4099:{\displaystyle A_{k},B_{k}} 3974:{\displaystyle A_{k},B_{k}} 3087:{\displaystyle L_{A},L_{B}} 2998:{\displaystyle L_{A},L_{B}} 2764:{\displaystyle L_{A},L_{B}} 2026:. It remains to show that 1833:{\displaystyle r_{1}+r_{2}} 7772: 7077:Continuous linear operator 6870:Invariant subspace problem 6201:Use in collision detection 4578:{\displaystyle v_{k}\to v} 4280:{\displaystyle v_{k}\to v} 3706:, and by planar geometry, 3094:are defined by the vector 2644:{\displaystyle b_{0}\in B} 2611:{\displaystyle a_{0}\in A} 2498:had minimum distance over 1440:{\displaystyle b_{0}\in B} 1407:{\displaystyle a_{0}\in A} 168:generalizes the result to 7715: 7422:Algebraic interior (core) 7164:Vector-valued Hahn–Banach 7052:Topological vector spaces 7000: 6590: 6411:10.1007/978-3-642-46216-0 6386:, 1983, remarque 4, p. 7. 2965:enters the space between 2517:{\displaystyle A\times S} 2099:{\displaystyle A\times B} 2019:{\displaystyle A\times S} 1101:{\displaystyle <c_{2}} 1070:{\displaystyle >c_{1}} 991:{\displaystyle <c_{2}} 960:{\displaystyle >c_{1}} 192:maximum-margin hyperplane 170:topological vector spaces 153:, because the orthogonal 70:Topological vector spaces 35: 18:Maximum-margin hyperplane 7252:Topological homomorphism 7112:Topological vector space 6839:Spectrum of a C*-algebra 3808:Now for the first case. 2925:. We claim that neither 2537:{\displaystyle \square } 1447:minimizing the distance 175:A related result is the 6936:Noncommutative geometry 6210:Separating axis theorem 2230:. Then in particular, 1780:be the intersection of 1472:{\displaystyle \|a-b\|} 481:; i.e., the hyperplane 184:support-vector machines 7310:Absolutely convex/disk 6992:Tomita–Takesaki theory 6967:Approximation property 6911:Calculus of variations 6435:"Advanced vector math" 6171: 6151: 6127: 6107: 6087: 6031: 5975: 5920: 5837: 5753: 5750:theorem does not apply 5720: 5642: 5573: 5544: 5530:If the affine span of 5516: 5489: 5469: 5445: 5418: 5386: 5348: 5280: 5260: 5240: 5211: 5191: 5157: 5122: 5102: 5082: 5062: 5039: 4971: 4951: 4931: 4911: 4891: 4871: 4848: 4780: 4760: 4740: 4720: 4700: 4663: 4599: 4579: 4546: 4496: 4455: 4429: 4389: 4281: 4245: 4154: 4127: 4100: 4053: 3975: 3935: 3883: 3831: 3799: 3779: 3752: 3725: 3700: 3680: 3655: 3635: 3596: 3569: 3544: 3499: 3498:{\displaystyle a\in A} 3479:Suppose there is some 3470: 3410: 3350: 3224: 3134: 3088: 3045: 2999: 2959: 2939: 2919: 2892: 2865: 2838: 2811: 2765: 2725: 2691:are disjoint, we have 2685: 2665: 2645: 2612: 2579: 2555: 2538: 2518: 2492: 2465: 2438: 2418: 2393: 2279: 2224: 2150: 2125: 2100: 2074: 2047: 2020: 1994: 1948: 1921: 1894: 1874: 1854: 1834: 1794: 1774: 1697: 1670: 1650: 1630: 1585: 1584:{\displaystyle b\in B} 1559: 1558:{\displaystyle a\in A} 1525: 1524:{\displaystyle b\in B} 1499: 1498:{\displaystyle a\in A} 1473: 1441: 1408: 1375: 1355: 1326: 1306: 1253: 1229: 1197: 1196:{\displaystyle \leq c} 1173: 1142: 1102: 1071: 1032: 992: 961: 922: 921:{\displaystyle \leq c} 898: 897:{\displaystyle \geq c} 868: 835: 802: 781: 753: 724: 695: 655: 573: 553: 533: 513: 475: 455: 435: 415: 392: 324: 304: 284: 255: 235: 7345:Complemented subspace 7159:hyperplane separation 6987:Banach–Mazur distance 6950:Generalized functions 6261:Kirchberger's theorem 6172: 6152: 6128: 6108: 6093:. This shows that if 6088: 6032: 5976: 5921: 5838: 5747: 5721: 5643: 5574: 5545: 5517: 5515:{\displaystyle a_{0}} 5490: 5470: 5446: 5444:{\displaystyle a_{0}} 5419: 5387: 5349: 5281: 5261: 5241: 5212: 5192: 5172:Separation theorem II 5158: 5123: 5103: 5083: 5063: 5040: 4972: 4952: 4932: 4912: 4892: 4872: 4849: 4781: 4761: 4741: 4721: 4701: 4664: 4600: 4580: 4547: 4497: 4456: 4430: 4390: 4282: 4246: 4155: 4153:{\displaystyle c_{k}} 4128: 4126:{\displaystyle v_{k}} 4101: 4054: 3976: 3936: 3884: 3832: 3800: 3780: 3778:{\displaystyle a_{0}} 3753: 3751:{\displaystyle b_{0}} 3726: 3701: 3681: 3656: 3636: 3597: 3595:{\displaystyle b_{0}} 3570: 3545: 3500: 3471: 3411: 3351: 3225: 3135: 3089: 3046: 3000: 2960: 2940: 2920: 2918:{\displaystyle b_{0}} 2893: 2891:{\displaystyle L_{B}} 2866: 2864:{\displaystyle a_{0}} 2839: 2837:{\displaystyle L_{A}} 2812: 2766: 2726: 2686: 2666: 2646: 2613: 2580: 2553: 2539: 2519: 2493: 2491:{\displaystyle b_{0}} 2466: 2464:{\displaystyle a_{0}} 2439: 2419: 2394: 2280: 2225: 2151: 2126: 2101: 2075: 2073:{\displaystyle b_{0}} 2048: 2046:{\displaystyle a_{0}} 2021: 1995: 1949: 1947:{\displaystyle b_{0}} 1922: 1920:{\displaystyle a_{0}} 1895: 1875: 1855: 1835: 1795: 1775: 1698: 1696:{\displaystyle r_{2}} 1671: 1651: 1631: 1586: 1560: 1526: 1500: 1474: 1442: 1409: 1376: 1356: 1327: 1307: 1254: 1252:{\displaystyle <c} 1230: 1228:{\displaystyle >c} 1198: 1174: 1172:{\displaystyle >c} 1143: 1103: 1072: 1033: 993: 962: 923: 899: 869: 836: 803: 782: 754: 725: 704:In all cases, assume 696: 656: 574: 554: 534: 514: 476: 456: 436: 416: 393: 325: 305: 285: 256: 236: 7595:Locally convex space 7145:Closed graph theorem 7097:Locally convex space 6732:Kakutani fixed-point 6717:Riesz representation 6161: 6141: 6117: 6097: 6041: 5985: 5956: 5848: 5791: 5652: 5583: 5554: 5534: 5499: 5479: 5459: 5428: 5396: 5376: 5293: 5270: 5250: 5221: 5201: 5181: 5141: 5112: 5092: 5072: 5052: 4984: 4961: 4941: 4921: 4901: 4881: 4861: 4793: 4770: 4750: 4730: 4710: 4690: 4681:Separation theorem I 4609: 4589: 4556: 4506: 4468: 4439: 4399: 4291: 4258: 4164: 4137: 4110: 4070: 3985: 3945: 3893: 3841: 3815: 3789: 3762: 3735: 3710: 3690: 3665: 3645: 3606: 3602:to the line segment 3579: 3554: 3509: 3483: 3420: 3360: 3356:. Our claim is that 3234: 3144: 3140:, and two constants 3098: 3058: 3009: 2969: 2949: 2929: 2902: 2875: 2848: 2821: 2775: 2735: 2695: 2675: 2655: 2622: 2589: 2569: 2528: 2502: 2475: 2448: 2428: 2403: 2289: 2234: 2160: 2135: 2110: 2084: 2057: 2030: 2004: 1958: 1931: 1904: 1884: 1864: 1844: 1804: 1784: 1707: 1680: 1660: 1640: 1595: 1569: 1543: 1509: 1483: 1451: 1418: 1385: 1365: 1336: 1316: 1296: 1240: 1216: 1184: 1160: 1112: 1082: 1051: 1002: 972: 941: 909: 885: 846: 813: 792: 771: 734: 708: 665: 586: 563: 543: 523: 485: 465: 445: 425: 405: 337: 314: 294: 265: 245: 225: 210:Statements and proof 198:which separates two 7575:Interpolation space 7107:Operator topologies 6916:Functional calculus 6875:Mahler's conjecture 6854:Von Neumann algebra 6568:Functional analysis 6516:Soltan, V. (2021). 6455:Convex Optimization 6224:collision detection 6213: —  5731:Converse of theorem 5392:is a convex set in 5370: —  5175: —  5156:{\displaystyle A,B} 4684: —  4585:, for large enough 4454:{\displaystyle A,B} 4063:page for details.) 3837:from the inside by 3830:{\displaystyle A,B} 2554:Proof illustration. 1290: —  764: 723:{\displaystyle A,B} 219: —  121:is a theorem about 75:Collision detection 32: 7756:Linear functionals 7605:(Pseudo)Metrizable 7437:Minkowski addition 7289:Sublinear function 6941:Riemann hypothesis 6640:Topological vector 6290:Tibshirani, Robert 6211: 6167: 6147: 6123: 6103: 6083: 6027: 5971: 5916: 5833: 5754: 5716: 5638: 5569: 5540: 5528: 5512: 5485: 5465: 5451:is a point on the 5441: 5414: 5382: 5368: 5344: 5276: 5266:and a real number 5256: 5236: 5207: 5187: 5173: 5165:relative interiors 5153: 5118: 5098: 5078: 5058: 5035: 4967: 4947: 4927: 4907: 4887: 4867: 4844: 4776: 4756: 4736: 4716: 4696: 4682: 4659: 4595: 4575: 4542: 4492: 4451: 4435:, thus separating 4425: 4385: 4369: 4322: 4277: 4241: 4150: 4123: 4096: 4049: 3971: 3931: 3879: 3827: 3795: 3775: 3748: 3724:{\displaystyle a'} 3721: 3696: 3679:{\displaystyle a'} 3676: 3651: 3631: 3592: 3568:{\displaystyle a'} 3565: 3540: 3495: 3466: 3406: 3346: 3220: 3130: 3084: 3041: 2995: 2955: 2935: 2915: 2888: 2861: 2834: 2807: 2761: 2721: 2681: 2661: 2641: 2608: 2575: 2560: 2556: 2534: 2514: 2488: 2461: 2434: 2417:{\displaystyle b'} 2414: 2389: 2275: 2220: 2149:{\displaystyle b'} 2146: 2124:{\displaystyle a'} 2121: 2096: 2070: 2043: 2016: 1990: 1944: 1917: 1890: 1870: 1850: 1830: 1790: 1770: 1693: 1666: 1646: 1626: 1581: 1555: 1537: 1521: 1495: 1469: 1437: 1404: 1371: 1351: 1322: 1302: 1288: 1249: 1225: 1193: 1169: 1138: 1098: 1067: 1028: 988: 957: 918: 894: 864: 831: 798: 777: 762: 749: 720: 691: 651: 569: 549: 529: 509: 471: 451: 431: 411: 388: 320: 310:and a real number 300: 280: 251: 231: 217: 182:In the context of 144:, then there is a 7751:Hermann Minkowski 7733: 7732: 7452:Relative interior 7198:Bilinear operator 7082:Linear functional 7018: 7017: 6921:Integral operator 6698: 6697: 6468:978-0-521-83378-3 6420:978-3-642-46216-0 6354:978-1-108-45514-5 6170:{\displaystyle A} 6150:{\displaystyle B} 6126:{\displaystyle B} 6106:{\displaystyle A} 5915: 5648:is disjoint from 5543:{\displaystyle A} 5526: 5488:{\displaystyle A} 5468:{\displaystyle A} 5385:{\displaystyle A} 5321: 5279:{\displaystyle c} 5259:{\displaystyle v} 5210:{\displaystyle B} 5190:{\displaystyle A} 5121:{\displaystyle B} 5101:{\displaystyle y} 5081:{\displaystyle A} 5061:{\displaystyle x} 5012: 4970:{\displaystyle c} 4950:{\displaystyle v} 4930:{\displaystyle B} 4910:{\displaystyle y} 4890:{\displaystyle A} 4870:{\displaystyle x} 4821: 4779:{\displaystyle c} 4759:{\displaystyle v} 4739:{\displaystyle A} 4719:{\displaystyle B} 4699:{\displaystyle A} 4669:, contradiction. 4598:{\displaystyle k} 4354: 4307: 4061:relative interior 3941:, such that each 3798:{\displaystyle B} 3699:{\displaystyle A} 3654:{\displaystyle A} 2958:{\displaystyle B} 2938:{\displaystyle A} 2684:{\displaystyle B} 2664:{\displaystyle A} 2578:{\displaystyle A} 2558: 2437:{\displaystyle S} 1893:{\displaystyle b} 1873:{\displaystyle S} 1853:{\displaystyle a} 1793:{\displaystyle B} 1768: 1669:{\displaystyle a} 1649:{\displaystyle A} 1535: 1374:{\displaystyle A} 1325:{\displaystyle B} 1305:{\displaystyle A} 1262: 1261: 801:{\displaystyle B} 780:{\displaystyle A} 621: 572:{\displaystyle B} 552:{\displaystyle A} 532:{\displaystyle v} 474:{\displaystyle B} 454:{\displaystyle y} 434:{\displaystyle A} 414:{\displaystyle x} 365: 323:{\displaystyle c} 303:{\displaystyle v} 254:{\displaystyle B} 234:{\displaystyle A} 202:of points and is 162:Hermann Minkowski 111: 110: 88:Hermann Minkowski 16:(Redirected from 7763: 7723: 7722: 7697:Uniformly smooth 7366: 7358: 7325:Balanced/Circled 7315:Absorbing/Radial 7045: 7038: 7031: 7022: 7008: 7007: 6926:Jones polynomial 6844:Operator algebra 6588: 6561: 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Index

Maximum-margin hyperplane

Theorem
Convex geometry
Topological vector spaces
Collision detection
Hermann Minkowski
Hahn–Banach separation theorem
geometry
disjoint
convex sets
Euclidean space
closed
compact
hyperplane
projections
Hermann Minkowski
Hahn–Banach separation theorem
topological vector spaces
supporting hyperplane theorem
support-vector machines
hyperplane
convex hulls
equidistant
Counterexamples and uniqueness
Hahn–Banach separation theorem

relative interior
relative interiors
supporting hyperplane theorem

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